JPH04169804A - 光式形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、測定対象物に向けて照射した光ビームを２次
元的に走査し、測定対象物の表面で反射した散乱光を受
光して得た情報を基に測定対象物の３次元形状を非接触
式に測定する光式形状測定装置に関する。

〔従来の技術〕

頭記の形状測定装置として、レーザ変位計を応用したも
のが公知である。

ここで、レーザ変位計は、例えば特開昭５５−１１９０
０６号公報などで既によく知られてように、投光素子、
投光レンズ、集光レンズ、および受光素子としてＰ　Ｓ
　Ｄ　（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　５ｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅ
ｖ−１ｃｅ）と呼ばれる位置検出素子を備えたセンサ部
と、信号処理部とから構成され、測定対象物に向けて照
射した光ビームの反射散乱光を集光レンズを透して位置
検出素子の受光面に結像させ、その出力信号を演算処理
して三角測量法により測定対象物までの距離を測定する
ものである。

そして、形状測定装置は前記のレーザ変位側に移動Ｉｌ
横を組合わせ、測定対象物を固定のまま前記レーザ変位
８１の検出部を移動ステージに数十゛るか、あるいは検
出部を固定のまま測定対象物を移動テーブル上に載せる
かし２で相対的に２次元方向に移動し、その移動信号と
位置検出素子の出力信号とを基に測定対象物の外形形状
を演算して測定するようにしたものである。

なお、レーザ変位計の受光素子として前記したＰＳＤＯ
代わりにＣＣＤラインセンづを採用したもの、またレー
ザ変位針の検出部を移動する代わりに例えば回転多面鏡
などを介して光ビームを走査さセ゛る方式のもの知られ
ている。

〔発明が解決しようとする課！！り ところで、前記レーザ変位計の測定範囲、測定分解能は
光学系の設計により変わり、かつ測定範囲を広くすると
分解能が低下する傾向を示す。ずなわち、ＰＳＤ、ＣＣ
Ｄラインセンサはともに道常数μｍ程度のスポット位置
分解能を有するが、光学系と組合わせて１００ｍの測定
範囲を測定する場合には、光学系を最適ムー設計しても
、測定分解能は高々１０μｍ程度し７が得られず、測定
対象物の表面に微小な凹凸がある場合にはこの凹凸を測
定することが田麩である。

また、測定対象物の形状測定を行う場合に、外形形状の
はか４．二、測定対象物の表面状態（表面粗さ、異物の
付着、汚れなど）も同時に測定したい場合があるが、前
記した従来の測定装置のままでは外形形状のみが測定で
きるに止まり、測定対象物の表面状態を同時測定するこ
とができない。

本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、測定
対象物の角形形状と併せて表面状態も同時に測定できる
ようにした光式形状測定装置を提供することを目的とす
−る。

〔課題を解決するだめの手段〕

上記課題を解決するために、本発明の測定装置は、投光
素子、投光光学系、集光光学系、受光素子としての位置
検出素子および光強度検出素子を備えたセンサ部と、該
センサ部から出射する光ビームと測定対象物の相対位置
を光軸に対し直角方向で２次元的に移動させる移動手段
と、信号処理部とかろなり、信号処理部において、前記
位置検出素子、光強度検出素子の出力信号をそれぞれ距
離データ、輝度データに変換し、かつ距離データ。

輝度データと前記移動手段より取り込んだ位１データと
を基に測定対象物の外形形状、および表面状態を演算処
理して求めるようにしたものである。

ここで、前記の信号処理部で得た測定結果を表示器に与
え、各測定点のデータを３次元座標の上にグロットして
表示することができる。

また、この場合に前記輝度データを色分けないし濃淡で
Ｎ講表示することができる。

〔作用〕

上記構成の測定装置おいて、位置検出素子は従来のレー
ザ変位計と同様に測定対象物の外形形状に関する情報を
与える。一方、同じセンサ部に組み込まれた光強度検出
素子はセンサ部に入光する測定対象物からの反射散乱光
の光強度を検出する。

この光強度検出素子には例えばフォトダイオードが使用
され、測定対象物の表面で反射した散乱光の一部が集光
光学系の光路途上に配置したハーフミラ−より分岐して
入射される。

ところで、前記フォトダイオードで受光した散乱光の光
強度は、測定対象物上の測定点とセンサ部との間の距離
に対応１−で変わる他、測定対象物の表面反射率３表面
粗さ、細かな凹凸、傷などの表面状態によっても変化す
る。したがって、フォトダイオードの出力信号を解析す
ることにより、測定対象物の表面状態に関する情報が得
られる。

また、フォトダイオードので得た測定対象物の表面情報
と、位置検出素子で得た外形情報を総合的に解析するこ
とで、測定対象物表面の細かな凹凸形状もμｍないしは
サブμｍのオーダで精度よく測定可能となる。

また、信号処理部で得た測定結果を表示器に与え、各測
定点のデータを３次元座標の上にプロン　トして表示す
ることにより測定対象物の外形形状を図形処理でき、こ
こで光強度検出素子の信号を変換して得た輝度データを
色分けないし濃淡で階調表示することで測定対象物の表
面状態を外形形状と一緒に表示できる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、１はセンサ部、２は信号処理部、３は
センサ部１を搭載したＸ−Ｙ移動ステージ、４は移動ス
テージ３のコントローラ、５は測定結果を表示する表示
器、６は測定対象物である。

ここで、センサ部１には、半導体レーザ素子などの投光
素子７と、投光レンズ８と、集光レンズ９と、集光レン
ズ９の焦点位置に置かれたＰＳＤ（位置検出素子）１０
と、集光レンズ９と位置検出素子ＩＯとの間の光路に配
置したビームスプリッタとしてのハーフミラ−１１と、
散乱光の光強度検出素子であるフォトダイオード１２と
を装備している。

一方、信号処理部２は、距離検出回路１３．微分回路１
４．ピークディテクタ回路１５．　Ａ／Ｄ変換器１６、
データ処理回路１７などから構成されている。

ここで、ＰＳＤＩＯの出力信号は距離検出回路１３に人
力し、センサ部１から測定対象物６の測定地点Ｐまでの
間の距離に対応するＺ方向の距離データに変換してデー
タ処理回路１７に送られる。また、フォトダイオード１
２の出力信号は微分回路１４．ピークディテクタ回路１
５．　　Ａ／Ｄ変換器１６を経て輝度データに変換され
、データ処理回路１７に送られる。さらに、データ処理
回路１７にはステージコントローラ４より移動ステージ
３の移動位置がχ。

Ｙ位置データとして与えられる。そして、データ処理回
路１７からは前記の距離データ、ＩＲ度データ。

位置データが表示器５に出力され、測定結果が表示器５
に表示される。

第２図は測定対象物６の測定結果を表示器５のデイスプ
レィ上に表示したものである。すなわち、図中のＸ、Ｙ
、Ｚ軸は３次元座標系の座標軸で、それぞれ第１図に示
したｘ、ｙ、ｚの方向に対応している。そして、先記の
データ処理回路１７より与えた移動ステージ３の位置デ
ータ、およびセンサ部１と測定対象物６の測定地点Ｐと
の間の距離データをこの座標上にプロットして測定対象
物６の外形形状が表示される。また、各測定地点Ｐの反
射散乱光の光強度を表す輝度データは、測定対象物の表
示図形の上に色分け、あるいは濃淡度で階調表示される
。

なお、第１図のセンサ部１に組み込んだ位置検出素子と
して、ＰＳＤＩＯの代わりにＣＣＤラインセンサを採用
して実施すること、さらにはこのＣＣＤラインセンサに
位置検出と光強度検出機能を持たせる実施することもで
きる。また、センサ部１を移動ステージ３で移動する代
わりに、測定対象物６をＸ−Ｙテーブルに載せてセンサ
部ｌと相対的に移動させるか、あるいはセンサ部１にて
測定対象物６に向けて照射する光ビームを回転多面鏡な
どにより走査させるなどの方法で実施することもできる
。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の光式形状測定装置によれば
、センサ部の受光素子として位置検出素子と散乱光の光
強度検出素子を併用し、測定対象物の各測定地点との間
の距離データの他に測定対象物の表面状態を表す輝度デ
ータを得て総合的に解析するようにしたので、従来装置
と比べて測定分解能が向上する他、測定対象物の外形形
状と併せてその表面粗さ、材質、異物の付着、傷、汚れ
などの表面状態が同時測定できる従来装置にない測定機
能が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の構成図、第２図は測定結果の表
示例を表す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）測定対象物に向けて照射した光ビームを２次元的に
   走査し、測定対象物の表面で反射した散乱光を受光して
   得た情報を基に測定対象物の形状を測定する光式形状測
   定装置であって、投光素子、投光光学系、集光光学系、
   受光素子としての位置検出素子および光強度検出素子を
   備えたセンサ部と、該センサ部から出射する光ビームと
   測定対象物の相対位置を光軸に対し直角方向で２次元的
   に移動させる移動手段と、信号処理部とからなり、信号
   処理部において、前記位置検出素子、光強度検出素子の
   出力信号をそれぞれ距離データ、輝度データに変換し、
   かつ距離データ、輝度データと前記移動手段より取り込
   んだ位置データとを基に測定対象物の外形形状、および
   表面状態を演算して求めることを特徴とする光式形状測
   定装置。 ２）請求項１に記載の光式形状測定装置において、信号
   処理部で得た測定結果を表示器に与え、各測定点のデー
   タを３次元座標の上にプロットして表示することを特徴
   とする光式形状測定装置。 ３）請求項２に記載の光式形状測定装置において、輝度
   データを色分けないし濃淡で階調表示することを特徴と
   する光式形状測定装置。